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Quatrième · Physique-Chimie · Chapitre 4

Mouvement et interactions : vitesse, forces et poids

Ce que tu sauras faire

  • Caractériser un mouvement : préciser le référentiel, la trajectoire (rectiligne, circulaire ou quelconque) et la vitesse (valeur, direction, sens).
  • Expliquer que le mouvement est relatif et passer d'un point de vue à l'autre dans des cas simples (train et quai, deux véhicules sur une même route).
  • Reconnaître un mouvement uniforme et un mouvement dont la vitesse varie (accéléré ou ralenti) sur une chronophotographie ou un graphique.
  • Utiliser v = d / t pour calculer une vitesse, une distance ou une durée, avec des unités cohérentes.
  • Convertir des m/s en km/h (et inversement) et lire un graphique distance-temps.
  • Identifier une action de contact ou à distance, la modéliser par une force et la représenter par une flèche (point d'application, direction, sens, valeur en newtons).
  • Distinguer la masse (kg, balance) du poids (N, dynamomètre) et calculer un poids avec P = m × g sur la Terre et sur la Lune.

Au programme du chapitre

  1. Par rapport à quoi ? Le référentiel
  2. La trajectoire, et la vitesse en trois mots
  3. Mouvement uniforme et mouvement dont la vitesse varie
  4. Mesurer la vitesse : v=dtv = \dfrac{d}{t}
  5. Convertir les vitesses, et se faire une idée des ordres de grandeur
  6. Le graphique distance-temps
  7. Les actions mécaniques et les forces
  8. Le poids et la masse
  9. P=m×gP = m \times g sur la Terre et sur la Lune

Exercices corrigés

Exercice 1

Dans un grand magasin, un escalator monte à 0,50{,}5 m/s par rapport au sol. Un enfant y monte les marches à pied, à 0,50{,}5 m/s par rapport aux marches, dans le sens de la montée. Quelle est sa vitesse par rapport au sol ? Et s'il descend les marches à contre-sens, toujours à 0,50{,}5 m/s par rapport aux marches, que lui arrive-t-il par rapport au sol ?
Un coup de pouce
Pour chaque cas, demande-toi si les deux vitesses ont le même sens ou des sens opposés.
Voir la correction pas à pas
Les deux mouvements se font sur une même droite, on peut donc additionner ou soustraire les vitesses.
Dans le sens de la montée : 0,5+0,5=10{,}5 + 0{,}5 = 1 m/s par rapport au sol.
À contre-sens : 0,5−0,5=00{,}5 - 0{,}5 = 0 m/s par rapport au sol. L'enfant marche sans arrêt, mais reste à la même hauteur : il est immobile dans le référentiel du sol et en mouvement dans celui des marches. Les deux descriptions sont exactes, elles ne parlent pas du même référentiel.

Exercice 2

Un camarade affirme : « Un satellite qui tourne autour de la Terre à vitesse de valeur constante a une vitesse constante, donc rien ne change dans son mouvement. » Que lui réponds-tu ?
Un coup de pouce
Pense aux trois informations qui décrivent une vitesse et demande-toi laquelle change sur un cercle.
Voir la correction pas à pas
Il a raison sur la valeur de la vitesse : le satellite parcourt des distances égales pendant des durées égales, son mouvement est circulaire uniforme. Mais la vitesse a trois caractéristiques : valeur, direction et sens. La trajectoire est un cercle, donc la direction du déplacement change à chaque instant. La vitesse varie donc bien, même si sa valeur reste la même. Le mot « constante » n'est exact que pour la valeur.

Les pièges à éviter

  • Dire « cet objet est immobile » sans préciser le référentiel.
  • Croire que « uniforme » veut dire « en ligne droite ».
  • Dire que la vitesse est constante parce que le compteur affiche toujours la même valeur, même dans un virage.
  • Mélanger les unités dans v=dtv = \dfrac{d}{t}, par exemple des kilomètres avec des secondes.

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